Метеорология и климатология (учебно-методическое пособие)




страница1/11
Дата16.06.2016
Размер1.33 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ


(учебно-методическое пособие)

Ставрополь, 2011

ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет

Климатология и метеорология

Допущено Учебно-методическим объединением вузов

Российской Федерации по агрономическому образованию

в качестве учебного пособия для подготовки бакалавров и магистров

по направлениям агрономического и экологического образования


УДК 579

ББК 40.5

К 59

Составили:

В.С. Цховребов С.И. Веревкина, В.Я. Лысенко В .Я., Фаизова В.И., А.М.Никифорова, Д.В. Калугин, Л.Ю. Чистоглядова, М.И.Писаренко.

Климатология и метеорология: учебно-методическое пособие.- Ставрополь: Ставропольское издательство «Параграф», 2011.- 47 с.
Даны понятия об основных метеорологических величинах, рекомендации по оценке климатических ресурсов отдельных территорий.

Описаны приборы и правила измерения основных метеорологических величин, оказывающих влияние на процессы в народном хозяйстве

Представлены правила по технике безопасности при работе студентов с приборами в лаборатории, содержание, порядок и последовательность выполнения заданий.

Для студентов сельскохозяйственных вузов специальностей 020800.62 - экология и природопользование, 250700.62 – ландшафтная архитектура, 110201.62 – агрономия (бакалавры), 110201.65 –агрономия ПФО. СФО; 250203.65 – садово-парковое и ландшафтное строительство,

020802.65 – природопользование, 020800.68 – экология и природопользование, 020200.68 – экология и природопользование

(магистры).


©Составители, 2011

©ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет

© Ставропольское издательство «Параграф», 2011

Содержание


Введение 4

1. Измерение атмосферного давления 5

1.1 Состав и строение атмосферы 5

1.2. Атмосферное давление 6

2. Методы измерения лучистой энергии 12

2.1 Виды лучистой энергии 12

2.2 Приборы для измерения солнечной радиации 13



3. Методы измерения температурного режима атмосферы 16

3.1 Характеристики температур 17

3.2 Приборы для измерения температуры воздуха 18

3.3 Приборы для измерения температуры почвы 20

4 Осадки и методы их измерения 28

4.1 Международная классификация облаков 28

4.2 Методы наблюдения за осадками 29

5. Методы измерения влажности воздуха атмосферы 34

5.1 Характеристики влажности воздуха 34

5.2. Методы измерения влажности почвы 34

6. Общая циркуляция атмосферы 39

6.1 Барическое поле и барическая система 40

7. Ветер и методы его изучения 43

7.1 Приборы для измерения скорости и направления ветра 44

8. Прогнозы 47

8.1 Синоптические карты погоды 48

8.2 Агрометеорологические прогнозы 50

8.3 Предсказание заморозков 51

8.4 Прогноз запасов влаги 57

8.5 АГСП (агрогидрологические свойства почвы) 63

8.6 Прогноз погоды по местным признакам 64

9. Влияние погоды на сельское хозяйство 75

10. Загрязнение атмосферы 80

10.1 Ежегодные объемы выбросов в атмосферу, последствия 81

10.2 Нормирование загрязнения атмосферы 83

11. Влияние климатических условий на планировку

застройки 85

12. Использование метеорологических наблюдений и

методов в природообустройстве 88

Глоссарий 89

Список литературы 94




Введение
Учебное пособие к лабораторно-практическим занятиям по «Климатологии и метеорологии» преследуют цель – ознакомить студентов с важнейшими климатическими, метеорологическими факторами, которые определяют условия жизни и продуктивность растений, животных, человека и закрепить теоретические знания по курсу, дать студентам навыки самостоятельной работы:

- по изучению стандартных метеорологических приборов и правилам измерения основных метеорологических величин, оказывающих влияние на процессы в аграрном производстве и продуктивность сельскохозяйственных культур;

- владению методами анализа первичной метеорологической информации

- рекомендациям по оценке неблагоприятных метеорологических условий, агроклиматических ресурсов отдельных территорий;

- освоению основных методов метеорологических наблюдений и прогнозов, применяемых в практике обслуживания аграрного производства;

- по изучению форм записи метеорологических наблюдений, климатических характеристик, расчетов и анализа полученных результатов.



Студент должен знать, как солнечное излучение, состав атмосферы, тепло и влага влияют на все природные тела (растения, почвы, макро- и микроорганизмы), объекты и процессы сельскохозяйственного производства.

Студент должен уметь эффективно использовать климатические, метеорологические и гидрологические ресурсы для повышения продуктивности земледелия; уметь бороться с неблагоприятными метеорологическими явлениями; уметь пользоваться информацией гидрометеослужбы; самостоятельно измерять основные погодные элементы (температура, осадки) и умело их использовать для повышения урожайности полевых культур и интенсификации сельскохозяйственного производства в целом.
При самостоятельной работе с тетрадью необходимо тщательно изучить содержание и порядок выполнения задания.
После выполнения задания все записи сдаются на проверку преподавателю, который проводит собеседование и выставляет качественную оценку данной выполненной работы.

1. ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

1.1 Состав и строение атмосферы
Атмосфера — газовая оболочка Земли, распространяющаяся до высот приблизительно 1000 км.

Атмосфера состоит из смеси ряда газов - воздуха, в котором во взвешенном состоянии находятся пыль, капельки, кристаллы и т. п. Водяной пар также входит в состав воздуха, однако в отличие от большинства других газов его процентная доля существенно меняется с высотой и даже у поверхности земли содержание водяных паров значительно меняется как во времени, так и в пространстве. В меньшей мере изменяются доли диоксида углерода и озона. Процентное отношение других газов меняется в пространстве атмосферы незначительно. Поэтому в метеорологии приняты понятия сухого воздуха и влажного воздуха.



Процентное соотношение газов (по их объему) в сухом воздухе следующее.

Азот Кислород Аргон Диоксид Другие

(N2) (02) (Аг) углерода (С02) газы

78,08 20,95 0,93 0,03 0,01

Существует понятие «международная стандартная атмосфера» (МСА), для которой принимают следующие основные условные характеристики: состав сухого воздуха такой же, как и у земной поверхности; давление на уровне моря при температуре 15 °С равно 760 мм рт. ст. (1013,3 миллибар).

В метеорологии основными физическими характеристиками атмосферы принято считать: давление, температуру, плотность, которые значительно изменяются с высотой и взаимозависимы.

Основной критерий разделения атмосферы на характерные концентрические сферы — стратификация температуры по высоте относительно уровня океана.



Тропосферой называют нижний слой атмосферы, в котором температура обычно уменьшается с увеличением высоты. В экваториальных широтах верхняя кромка тропосферы может достигать 18 км над уровнем океана, в умеренных широтах она обычно располагается в пределах 10..13 км, а над полюсами может опускаться до 8 км. При некоторых условиях атмосферной циркуляции воздушных масс в отдельных ограниченных слоях тропосферы можно наблюдать инверсию (увеличение температуры с высотой) или изотермию (температура с высотой не меняется).

Отличительная черта тропосферы — наличие в ней водяного пара (за пределами тропосферы водяной пар присутствует в незначительных количествах). Именно поэтому практически только в тропосфере образуется облачность.

В пределах самой тропосферы также выделяются характерные слои воздуха. В частности, самый верхний слой толщиной приблизительно в 1 км, в пределах которого наблюдается постоянство температуры, называют тропопаузой. Слой воздуха от поверхности Земли до 1...1,5 км обычно выделяют как слой трения (воздуха о земную поверхность), или планетарный пограничный слой, а самый нижний слой до высоты 100 м называют приземным.

Стратосфера располагается над тропопаузой и распространяется примерно до высоты 50 км. Отличительная особенность ее — повышение температуры с высотой. Самый верхний слой стратосферы — стратопауза, где температура практически не меняется с высотой. Следует заметить, что водяных паров в стратосфере почти не существует и соответственно облачность не развивается.

Мезосфера находится выше стратосферы, в которой температура понижается с высотой. Мезосфера распространяется примерно до высоты 80 км и заканчивается мезопаузой.

Термосфера отличается резким возрастанием температуры в ее пределах в связи с очень большими скоростями газовых молекул и атомов. Иногда термосферу называют ионосферой, поскольку содержание ионов здесь очень велико.

Экзосфера располагается выше термосферы, содержит только очень небольшое число атомов газа, которые движутся здесь с такой скоростью, что преодолевают притяжение Земли и улетают в космическое пространство.

Атмосферное давление, измеряемое на тысячах наземных метеорологических станций, - основной метеорологический элемент, применяемый в численных методах краткосрочных прогнозов погоды. Рост атмосферного давления или его понижение свидетельствует о приближении антициклонов, циклонов, атмосферных фронтов.



1.2. Атмосферное давление – это сила, с которой давит на единицу поверхности земли (см2,, м2) столб воздуха, простирающийся от земной поверхности до верхней границы атмосферы (мм.рт.ст., мбар).

Давление воздуха, измеряемое высотой ртутного столба в 760 мм и основанием в 1 см2 при t0C = 00C, на широте 450 и на уровне моря, называется нормальным атмосферным давлением.

С 1980 года в качестве международной единицы измерения атмосферного давления принят паскаль (Па) – давление, вызываемое силой в 1 ньютон на площадь 1м2, точнее не сам паскаль, а его производная – гектопаскаль (гПа): 1 Па = 1Н/м2; 1 гПа = 100 Па = 0,75 мм.рт.ст.

Поскольку для измерения атмосферного давления до сих пор применяют приборы, шкалы которых проградуированы в миллиметрах, то укажем соотношение между старыми и новыми единицами:



1 мм рт.ст. = 1,33 гПа = 1,33 мбар.

Изменение давления с высотой характеризуется барической ступенью.

Она вычисляется по формуле: h = 8000 / P (1+ qt);

где - P – величина давления, мб ( 1 мб = 0,75 мм рт.ст); qкоэффициент температурного расширения воздуха – 0,003366 = 0,004; tтемпература воздуха между нижней и верхней точками, оС. t = t 1 + t2 /2;

Определение барического нивелирования

Цель нивелирования - нахождение превышения на местности одной точки над другой и построение изогипс, т.е. топографических карт.



h = 16000(P1P2 ) /(P1 + P2 ) (1+ qt)(превышение между двумя точками ( .)

где - P1 и P2 - давление в мм рт.ст. в нижней и верхней точках;

По данной формуле можно определить:

- превышение между двумя ( . );



- величину Р на заданной высоте, зная Р и t оС. на нижней ( .) и изменение t оС и Р с высотой;

- привести атмосферное давление на любой высоте к уровню моря, зная Р и t оС на этой высоте и изменение t оС с высотой.



Приборы и методы измерения атмосферного давления.

При измерении атмосферного давления применяют четыре вида приборов: жидкостные барометры, действующие на основании законов гидростатики; деформационные барометры (анероиды), действие которых основано на упругих свойствах приемной части прибора; газовые барометры, основанные на упругих свойствах газа; термобарометры - приборы, действие которых основано на зависимости точки кипения жидкости от внешнего давления.

Наиболее применимы в метеорологии из жидкостных барометров – ртутный чашечный, из деформационных – барометр-анероид и барограф.

Ртутные барометры могут быть 3 систем: чашечные, сифонно-чашечные, сифонные. Принцип их действия: если стеклянную трубку, длинной около 90 см., запаянную с одного конца, наполнить ртутью затем прикрыв отверстие опрокинуть и погрузить незапаяным концом в ртуть, налитую в чашечку, то после открытия отверстия трубки ртуть вытечет в чашечку частично.

В трубке останется столб ртути. Давление этого столба ртути и давление оставшегося внутри трубки воздуха уравновешивают атмосферное давление, оказываемое на поверхность ртути в чашке. След высоты столба ртути и будет показывать величину атмосферного давления.

Чашечный станционный барометр (практикум Виткевич, стр. 187). Устройство: стеклянная барометрическая трубка с ртутью (1), укреплена на крышке чашки с ртутью (2) и заключена в металлическую оправу – футляр (3). В верхней части трубки сделаны сквозные прорези, через которые наблюдается мениск ртути. В нижней части находится термометр. На крышке чашки, есть винт (6) который надо открывать, чтобы ртуть сообщалась с наружным воздухом. Измерение высоты ртутного столба производился по шкале, нанесенной по краю прорези вверху с помощью нониуса (4) это линейка с делениями внутри стеклянной трубки. Она перемещается с помощью винта – кремальеры (5).

Измерение: 1 – отсчет t0;

2 – нулевое деление нониуса с помощью кремальеры подвести к мениску ртути. Глаз наблюдателя должен быть на одной высоте с мениском ртути;

3 – снимаем показания с основной шкалы + показания нониуса деления, который совпадает с делением основной шкалы, записываем;

4 - вводятся поправки: а) инструментальная (берется из поверочного свидетельства); б) на распределение силы тяжести ( норма – на широте 45°, если широта меньше 45°, то длинна столба ртути уменьшается, поправка отрицательная; если широта больше 45°, то длинна столба ртути увеличивается, поправка положительная, стр. 190 табл. 1);

в) на температуру – стр. 191 табл. 2.

5 – перевод давления из мм. в мб. – по таблице стр. 192 1мб = 0,75 мм. рт. ст.

1 мм. рт. ст. = 1,33 мб.

Шкала с пределами измерений от 680 или 810 до 1110 мб. В старых барометрах шкала дана в мм. перевод : цена деления если в мб = 0,735 мм. если в мм. = цена делений 0,98 мм.

Чашечный барометр устанавливается в помещении МС подальше от отопительных приборов или наружной входной двери, стена на которую подвешивается барометр должна быть капитальной, шкафчик, высота от пола 70-75 см.



Барометры деформационные.

Принцип действия – зависимость упругой деформации твердых тел от оказываемого на них давления. Основная их часть – вакумированные мембранные коробки (барокоробки), блоки из них (бароблоки) и сильфоны.

Барокоробка – это спаянные по периметру несколько круглых мембран. Сильфон – это тонкостенная гофрированная трубка, закрытая с обоих концов дисками. Изготавливаются из стали, бронзы и их сплавов с другими металлами, под действием давления на мембраны проходит сжатие коробки. Внешнее атмосферное давление на мембраны, направленное на сжатие коробки, уравновешивается силой упругой деформации мембран или дополнительной измерительной пружиной. При измерении давление нарушается уровень деформации мембраны и пружина деформируется до положения при котором равновесие восстанавливается. Произошедшее перемещение жестких центров мембран коробки относительно друг друга может служить мерой измерения атмосферного давления.

Барометры - анероиды

Здесь применяются и бирокоробки и бароблоки. В анероидах, основанных на принципе измерения деформации (линейного перемещения жестких центров мембран) применяется передаточный механизм, и итог движение стрелки по шкале.



Барометры – анероиды М–67 ( стр.194 Пр.)

Его бароблок состоит из 4 барокоробок, он устанавливается в металлическом корпусе, верхняя стенка стеклянная, закрепляется в футляре с помощью амортизационных пружин. Диапазон при t0 = -40 + 40°. Поправки к показаниям анероида: 1) на температуру; 2) шкаловая; 3) добавочная по свидетельству (стр. 90 и 206 Пр.)



Гипсометрический метод

В зависимости от температуры кипения жидкости давления. Жидкость начинает кипеть при t0, при которой упругость ее паров равна внешнему давлению на поверхность жидкости. Зная t0 пара кипящей воды, можно по таблице найти упругость пара, а так как упругость = внешнему давлению, то и атмосферному давлению. Прибор: гипсотермометр и кипятильник с паровой камерой.



Барограф

Барограф размещен в пластмассовой капсуле. Чувствительный элемент его – блок барокоробок (3). Верхний конец бароблока с помощью упора и передаточной системы связан со стрелкой пера (5). Перо на ленте (1) чертит линию изменения давления. При повышении атмосферного давления барокоробки сжимаются и через рычажную систему поворачивают стрелку, перемещая ее вверх. При понижении атмосферного давления коробки расширяются под воздействием упругих сил, мембрана и стрелка перемещается вниз. Барограф устанавливается на отдельной площадке, укрепленной на капитальной стене вдали от отопительных приборов. Бывают суточные – недельные.

Ленты – горизонтальные линии образуют шкалу давления в мбар, вертикальные – шкалу времени. Шкала давления от 960 до 1050 мб через каждые 2 мбара и оцифрованы через 10 мб. Шкала времени – в суточном – через 15 мм., в недельном – через 2 часа.

Применяется для непрерывной регистрации давления (*суточного, недельного). При повышении атмосферного давления барокоробки сжимаются, – стрелка с пером идет вверх.


  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница